CN101136568B - 大容量同步发电机冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大容量同步发电机冷却系统，其主要特点是：冷却器置于主发电机的顶部，其内的冷却空气通过风路通道分别与主发电机的进风区和回风区连通，并与主发电机的气隙冷却风路、转子冷却风路、定子冷却风路、励磁冷却风路连通，冷却后的携热空气通过主发电机的回风区进入冷却器，形成一个完整的多回路循环的四风道冷却路径。该冷却系统使发电机各部构件均能达到理想的冷却效果，而且具有结构设计合理、冷却覆盖率高、效果好、运行性能可靠、安装维修简便等优点。

Description

大容量同步发电机冷却系统

技术领域

本发明属于发电机冷却技术领域，特别是一种大容量同步发电机冷却系统。

背景技术

大型发电机为了保证无故障的运行和充分利用其输出容量起见，必须进行冷却，以便把定子和转子中的绕组和铁芯所产生的热耗散发掉。在发电机运行过程中，由磁力和电能产生的能量损耗在发电机内部会转换成热量，导致各部分温度升高，由此造成线圈的阻抗升高，影响发电效率，同时会导致导电构件绝缘层的毁损和其它构件的损坏，因而有效的冷却是发电机的主要辅助功能之一。在公知的技术中，大型空内冷发电机的冷却系统通常设置在主发电机的底部，其存在的主要缺陷是：(1)发电机出厂需要分体包装运输，现场安装必须构筑庞大的地坑基础，费时费工，导致安装周期长，费用高，而且冷却器安装维修不方便；(2)冷却器内通常只有一个换热器，一旦出现故障，则停机维修时间长，影响发电生产；(3)发电机转子作为主要发热部件，仅靠表面接触冷却空气，内部仅靠自身的热传导缓慢散热，带走热量太少，散热效果差，容易导致线圈烧毁，绝缘失效，运行可靠性差，尤其是线圈端部，热能集中，又有护环包复，热量不易散发，最容易出现故障；(4)对励磁机一般采用暴露式或半封闭式风冷，冷空气只能吹到其表面，对励磁机内部达不到理想的散热效果，同时油污、粉尘容易进入机体内部，导致绝缘失效、短路等事故。现有技术中虽然对发电机冷却系统不断改进，但冷却效果均不太理想，例如有的在转子线圈底部开设轴向通风槽，但是由于冷却空气从两端进入槽内，无法流通循环，达不到冷却的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够对发电机内各部构件进行有效的冷却，而且结构设计合理、冷却覆盖率高、效果好、运行性能可靠、安装维修方便的大容量同步发电机冷却系统。

实现本发明的目的所采取的技术方案是：该冷却系统是由冷却器和发电机冷却风路组成，其中：冷却器置于主发电机的顶部，其内的冷却空气通过风路通道分别与主发电机的进风区和回风区连通，并与主发电机的气隙冷却风路、转子冷却风路、定子冷却风路、励磁冷却风路连通，冷却后的携热空气通过主发电机的回风区进入冷却器，形成一个完整的多回路循环的四风道冷却路径。

所述冷却器内设置两套换热器组，每套换热器组由两个相并级连的换热器组成。

所述冷却器内设有分别与换热器组连通的回风导流板。

所述转子冷却风路是由转子转轴上开设的轴向通风槽和与之连通的转子铁芯套片之间及转子线圈端部分别设置的径向通风道构成。

所述转子铁芯采用分组套片式结构，每组套片之间设有带径向通风道的齿压板。

所述转子线圈端部的护环圆周及中心环内侧设置的线圈支架上对应设有多个通风孔，该通风孔与转子转轴的轴向通风槽相连通。

所述定子冷却风路是由定子线圈端部冷却区、定子端板与定子隔板之间空腔形成的主发电机回风区构成。

所述气隙冷却风路是由定子、转子之间设置的轴向气隙通道构成，并与转子风路和定子风路交汇进入主发电机回风区。

所述主发电机的进风区是由呈封闭状的箱式机座左右两侧的加强隔板与定子端板之间形成的空腔部位构成。

所述励磁机风路是由励磁机壳体顶部设置的与主发电机冷却风路进风区连通的进、回风管道和励磁发电机两端与励磁机壳体之间间隙形成的进、回风区及励磁发电机的气隙通道构成。

按照上述方案制作的大容量同步发电机冷却系统，其有益效果为：

(1)通过主发电机环冷却路径中增设的转子冷却风路，并在转子转轴、转子铁芯及线圈端部分别开设有轴向和径向通风道，使发电机内各部风量分配合理，定子、转子温升均匀，使发电机各部构件均能达到理想的冷却效果，从而可有效地消除因发热而导致的各种运行故障，大大提高发电机的生产效率。

(2)冷却器采用顶置结构，安装维修方便，使用现场无须构筑庞大的沉坑基础，可节省大量的安装费用，同时可缩短通风管道，减少冷却能量损耗提高冷却效率。

(3)换热器采用两组级联结构，可大大增强冷却系统的运行可靠性和安全性，即便在部分换热器出现故障失效或维修的情况下，也能保障发电机的低负荷运行，能有效地避免整机故障的发生。

(4)对励磁机进行封闭式循环冷却，既可收到良好的散热效果，也可避免油污、粉尘的侵入，能够有效地保护励磁系统的正常运行，延长励磁机的使用寿命。

(5)该发电机冷却系统还具有结构设计合理、冷却覆盖率高、效果好、运行性能可靠、安装维修简便等优点。

附图说明

图1是本发明的发电机冷却风路结构示意图；

图2是转子冷却风路的结构示意图；

图3是图2中I的局部放大图；

图4是图2中的A-A剖视图；

图5是励磁机冷却风路的结构示意图。

具体实施方式

参看图1，本发明的发电机冷却系统，包括由机座1、冷却器2、定子3、转子4、励磁机5构成的主发电机冷却风路和励磁机冷却风路，其中，主发电机的机座1呈封闭循环通风的箱式结构，其左右两侧为机座端板1-1，两端板内侧及中间部位均设有与之平行的加强隔板1-2，该隔板与定子端板3-1之间形成用于通风冷却的进风区f1和定子线圈3-2端部的冷却区f3，用于通风冷却的主发电机回风区f2是由定子端板3-1及定子隔板3-3相互之间的空腔部位构成，机座1上部与冷却器2之间设有进、回风通道1-3、1-4。

为了方便现场安装，节省冷却器基础构筑工程，同时缩短风路，减少冷却能量损耗，冷却器2设置在主发电机机座1的顶部，内装有两套换热器组2-1和分别与两组换热器连通的人字形回风导流板2-2，每套换热器组2-1由两个相并级连的换热器组成，当两套换热器组2-1中有一个换热器发生故障，发电机仍然能够在带66％以上负荷的状况下正常运行，回风导流板2-2的设置，可使回风通道1-4的携热空气的流动处于稳流状态，避免形成涡流或循环死角。冷却器2内的冷却空气分别通过进、回风通道1-3、1-4与主发电机的进风区f1和回风区f2连通，并与主发电机的气隙冷却风路、转子冷却风路、定子冷却风路、励磁冷却风路连通，冷却后的携热空气通过主发电机中部的回风区f2和机座顶部的回风通道1-4进入冷却器2，形成一个完整的多回路循环的四风道冷却路径。

主发电机中的定子冷却风路是由定子线圈端部冷却区f3、定子端板3-1与定子隔板3-3之间空腔形成的主发电机回风区f2构成，定子端板3-1固接在定子支座的连接支板3-5上，并与发电机机座两端板1-1内侧的加强隔板1-2之间形成主发电机冷却风路的进风区f1，定子铁芯中设有与主发电机回风区连通的径向冷却风道。为了利于通风散热，对热量集中的定子线圈3-2的端部进行有效的冷却，将定子线圈3-2的端部分组绑扎在定子端板3-1外侧的线圈支架上3-4。

参看图2、图3、图4，主发电机中的转子冷却风路是由转子铁芯套片之间设置的径向通风道及转子转轴4-1上开设的与径向通风道连通的轴向通风槽4-9构成。转子4的冷却散热是整个发电机组冷却的难点，为了较好地解决这一问题，转子4采用分组套片式结构，每组套片之间设有带径向通风槽的齿压板4-8，并在转子转轴4-1的外圆周部位开设若干个与径向通风槽连通的轴向通风槽4-9，冷却空气可以通过轴向通风槽4-9及转子线圈4-2之间的缝隙同时对转子铁芯的套片4-3和转子线圈4-2本体进行冷却。在发电机运行过程中，冷却气体由通风槽4-9两端进入，经齿压板4-8的通风道流入气隙，并由定子的径向回风通道回至冷却器中。可使转子线圈4-2及转子套片4-3收到良好的通风散热效果。转子线圈4-2端部是热量较为集中的部位，因此在转子护环4-4和中心环4-7的线圈支架4-10上均布设有多个通风孔4-6、4-11，并与转子转轴4-1的轴向通风槽4-9相连通，使进风区f1的冷却气体首先通过转子转轴4-1的轴向通风槽4-9及齿压板4-8的径向通风孔对转子端部进行冷却。转子风扇4-5采用径向离心风扇，为了增强风扇运行中的刚性，转子风扇直接安装在转子线圈端部中心环4-7上，同时也可减小整个发电机的轴向尺寸，使其结构更加紧凑。

参看图5，励磁机风路是由励磁机壳体5-1顶部设置的与主发电机冷却风路进风区f1连通的进、回风管道5-2、5-3和励磁发电机5两端与励磁机壳体5-1之间间隙形成的进、回风区f5、f6及励磁发电机5-4的气隙通道构成。励磁机风路由主发电机冷却风路进风区f1在励磁机风扇5-5的引力作用下经进风管道5-2进入励磁机进风区f5，经励磁发电机5-4的气隙对励磁发电机进行冷却后进入回风区f6，同时旋转整流组件5-6及永磁发电机5-7也得到冷却，携热空气由励磁机5的回风管道5-3又回到主发电机冷却风路的进风区f1，由此形成励磁机冷却循环回路。由于该部分空气携带热量较少，因此可再次用于对主发电机冷却循环。

主发电机冷却风路采用多回路循环的四风道冷却路径，其冷却原理为：冷却空气由机座1顶板两端的进风通道1-3进入主发电机端部的进风区f1，通过转子风扇4-5后分为转子冷却风路、定子冷却风路和气隙冷却风路。转子冷却风路的气流沿转子转轴4-1上的轴向通风槽4-9进入转子，其中一部分冷却转子线圈4-2端部后由护环4-4上的通风孔4-6进入定、转子之间的气隙f4，另一部分经转子铁芯套片4-3之间的径向通风道也进入定、转子之间的气隙f4，两股气流一同并入气隙冷却风路与之一起循环。定子冷却风路的气流经定子线圈端部冷却区f3冷却后进入气隙f4，并入气隙风路一起循环。气隙冷却风路的气流通过转子风扇4-5后直接进入定子与转子之间的气隙f4，并与转子及定子端部线圈出来的气流一起进入定子铁芯叠片间的径向风路通道中。汇流的携热空气由机座顶部的回风通道1-4进入冷却器2，然后沿人字形隔板2-2分两路分别由两组换热器进行冷却，冷却后的空气再次经机座顶部的进风通道1-3进入主发电机冷却风路，从而形成一个完整的密闭循环冷却路径。

Claims (1)

1.一种大容量同步发电机冷却系统，是由冷却器和发电机冷却风路组成，冷却器内的冷却空气通过风路通道分别与主发电机的进风区和回风区连通，并与主发电机的气隙冷却风路、转子冷却风路、定子冷却风路、励磁冷却风路连通，冷却后的携热空气通过主发电机的回风区进入冷却器，形成一个完整的多回路循环的四风道冷却路径，所述主发电机的进风区是由呈封闭状的箱式机座左右两侧的加强隔板与定子端板之间形成的空腔部位构成；主发电机的转子铁芯采用分组套片式结构，所述转子铁芯相邻各组套片之间设有带径向通风道的齿压板，所述转子冷却风路是由上述径向通风道及转子转轴上开设的与径向通风道连通的轴向通风槽构成，所述转子线圈端部的护环圆周及中心环内侧设置的线圈支架上对应设有多个通风孔，该通风孔与转子转轴的轴向通风槽相连通，所述定子冷却风路是由定子线圈端部冷却区、定子端板与定子隔板之间空腔形成的主发电机回风区构成，所述气隙冷却风路是由定子、转子之间设置的轴向气隙通道构成，并与转子风路和定子风路交汇进入主发电机回风区，其特征在于：冷却器置于主发电机的顶部，冷却器内设置两套换热器组，每套换热器组由两个相并级连的换热器组成，冷却器内设有分别与换热器组连通的回风导流板，所述励磁机风路是由励磁机壳体顶部设置的与主发电机冷却风路进风区连通的进、回风管道和励磁发电机两端与励磁机壳体之间间隙形成的进、回风区及励磁发电机的气隙通道构成。 

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